La materia invisibile che le avvolge è una sfera a densità costante e omogenea. Anche nelle galassie più piccole, si riscontra un moto anomalo delle stelle: la velocità di rotazione non decresce all’aumentare della distanza dal centro galattico, a causa degli effetti gravitazionali della componente misteriosa dell’Universo.

Uno studio sulle Monhtly Notices della Royal Astronomical Society

Trieste - Continua il dibattito sulla materia oscura e uno studio in corso di pubblicazione sulle Monhtly Notices della Royal Astronomical Society mette in discussione la validità del Modello Standard nel spiegarne l’esistenza.
Un team internazionale, tra cui l’astronomo Gerard Gilmore di Cambdrige, coordinato dal cosmologo Paolo Salucci della Sissa di Trieste, ha misurato la distribuzione della luce e la velocità di un migliaio di stelle nelle galassie nane più vicine alla nostra.

Sono sei nane sferoidali, si chiamano Draco, Sextans, Carina, Leo I, Leo II e Sculptor, distano dai 30 ai 100 mila anni luce e orbitano intorno alla Via Lattea, attratte dal suo campo gravitazionale.
I ricercatori hanno scoperto che l’alone di materia oscura che circonda queste galassie non è caratterizzato da un picco di densità al centro. A differenza delle aspettative, in contrasto cioè con quanto suggeriscono numerose simulazioni realizzate nell’ambito del paradigma standard della materia oscura fredda, all’allontanarsi dal centro galattico si continua a riscontrare un andamento costante della densità di materia oscura, anziché una sua diminuzione. Il fenomeno osservato è da attribuire al fatto che in ogni galassia lo sferoide stellare è immerso in un alone di materia misteriosa di cui subisce gli effetti gravitazionali. Come conseguenza di questa attrazione, i corpi celesti manifestano un moto anomalo, riconducibile proprio a un potenziale gravitazionale invisibile.
Il moto anomalo delle stelle è infatti una prova sperimentale a favore dell’esistenza della materia oscura. Se le galassie fossero composte soltanto da stelle e gas, per la terza legge di Keplero, ci aspetteremmo che la velocità di rotazione delle stelle decresca via via che ci spostiamo verso l’estremità della galassia. «Invece la velocità di rotazione aumenta o rimane costante per gli effetti gravitazionali che proprio questa materia misteriosa determina sulla materia luminosa» precisa Salucci. Rimane ancora da chiarire, però, quanta materia invisibile ci sia e soprattutto come sia distribuita.

«Grazie alle nostre osservazioni abbiamo riscontrato un effetto matrioska: la materia invisibile che avvolge le piccole galassie è una sfera a densità costante e omogenea, del tutto simile a quella che circonda le galassie più grandi, ma in dimensioni in scala – continua l’astrofisico della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati -. Questo fenomeno lo avevamo già osservato nelle galassie a spirali e in quelle ellittiche, ma la questione era ancora aperte per le galassie nane».
Per lo studio, il team ha utilizzato rivelatori di nuovissima generazione, tra i quali il telescopio spaziale Hubble, e accurati metodi statistici di analisi dei dati.

«Il risultato è molto interessante perché da un lato dimostra che lo stesso fenomeno agisce su tutte le galassie, indipendentemente dalla loro morfologia. Dall’altro complica il tentativo di spiegare la nascita e l’evoluzione del nostro Universo sulla base degli attuali modelli cosmologici. In particolare, secondo il Modello Standard la più probabile forma di materia oscura è quella cosiddetta fredda, costituita dalle particelle WIMPS (Weakly Interacting Massive ParticleS). Ma la teoria della materia oscura fredda lascia irrisolte alcune questioni. Per esempio, prevede che gli aloni di materia oscura intorno o all'interno delle galassie abbiano distribuzione e densità particolari, che però non risultano verificate dalle osservazioni».                
Proprio questo studio rileva sia nelle galassie nane sia in quelle grandi a spirale, come la nostra, un’anomalia nella distribuzione della materia oscura rispetto alle previsioni del Modello Standard.
Se la materia oscura esiste, forse allora è necessario un altro paradigma: «Con molta umiltà, però, diciamo che ancora non sappiamo quale. Forse un’alternativa possibile potrebbe essere la Warm Dark Matter».  Ma il dibattito è aperto.

Cos’è la materia oscura
Il 90% della materia dell’Universo è di natura sconosciuta: non è composto da atomi di idrogeno o di ossigeno o di qualsiasi altro elemento noto, né è costituito da particelle elementari conosciute. Ha una massa, ma non possiamo osservarla direttamente, perché non emette luce visibile né altre radiazioni elettromagnetiche. Per questo è definita materia oscura: è invisibile all'osservazione e alla misurazione diretta e possiamo rilevarla solo indirettamente, attraverso gli effetti gravitazionali che determina sulla materia luminosa. Anche la materia oscura, infatti, come il resto della materia, è sottoposta alla forza di gravità: attrae altri corpi (per esempio le stelle) ed è attratta da loro. Come conseguenza di questa attrazione, i corpi celesti possono manifestare un moto apparentemente anomalo che è appunto riconducibile a un potenziale gravitazionale invisibile. La natura della materia oscura resta tuttavia ancora un enigma, una sfida che impegna astrofisici e cosmologi di tutto il mondo da circa trent'anni.